\addcontentsline{toc}{chapter}{{前言}}
\chapter*{前言}


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这是一门关于138亿年间宇宙演化的课程：

在宇宙的早期，整个宇宙非常炽热并稠密，各个粒子间发生着频繁而又剧烈的相互作用。物质以自由电子和原子核的形式存在，光子在它们之间来回窜。
随着原初等离子体的冷却，那些较轻的原素，如氢、氦、锂等，便开始形成。
随着能量的进一步降低，第一批稳定的原子得以形成，与此同时，光子的运动也变得相当自由。百亿年过去，这些宇宙大爆炸的余辉作为微波背景辐射，被现在的我们观察到。
微波背景辐射看起来很是均匀，在所有的方向上都呈现出相同的温度\textnote{大约是$ 2.7 \ k $}，各个方向之间差距相当小，在万分之一的水平。
这些涨落反应出了原初物质密度微小的变化，这些微小的变化在重力的影响下，随着时间的积累，不断的被放大，稠密的区域越来越稠密，最终导致了星系、恒星、行星的形成。




从大爆炸后几分之一秒到今天这样一副宇宙演化图景已成为科学事实，不过这里并不是没有惊喜，例如组成我们现在宇宙的物质和能量，绝大部份都跟我们在地球实验室中看到的不太一样。
我们需要暗物质来解释星系的稳定性和宇宙大尺度结构形成速率；
我们需要暗能量来解释近期\textnote{大约几十亿年前}宇宙开始加速膨胀这样一个显著事实，至于，暗能量和暗物质究竟是什么，对我们来说仍然是个迷。
最后，越来越多的证据表明，原初密度的扰动起源于微观的量子涨落，在暴胀期间这些量子涨落被拉伸到了宇宙尺度的大小。
暴胀的物理起源，仍然是一个活跃的研究话题。


{\heiti 记号与约定：}
我们将主要使用自然单位，其中光速和普朗克常数被设为1，$c=\hbar \equiv 1$。长度和时间有着相同的单位。
我们的度规号差是$(+---)$，因此Minkowski空间线元表示为$\mathrm{d} s^2=\mathrm{d} t^2-\mathrm{d} \boldsymbol{x}^2$。
时空中的四矢量用大写字母表示，例如$X^\mu$和$P^\mu$，其中希腊字母$\mu, \nu, \cdots$表示的范围是0到3。我们使用爱因斯坦求和约定，即重复指标表示求和。
拉丁字母$i, j, k, \cdots$代表空间指标，例如$x^i$和$p^i$。粗体用来表示空间三矢量，例如$\boldsymbol{x}$和$\boldsymbol{p}$。我们使用$\eta$表示共形时间，使用$\tau$表示固有时间。



{\heiti 致谢}： 
感谢Mustafa Amin和Paolo Creminelli对本讲义前些版本的评论。Adam Solomon帮助设计了习题集并编写了一些答案。感谢世界各地的许多学生通过邮件向我提出疑问和指正。



